KR100455977B1 - Ladle refining device and ladle refining method using it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 챔버 내의 스컬(skull) 부착을 억제하고, 용융된 강의 교반, 슬래그(slag)의 성질개선(reforming), 가스 제거를 양호한 효율로 수행하는 레이들 정련 장치 및 이를 사용하는 레이들 정련 방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a ladle refining apparatus which suppresses scull adhesion in a chamber, performs stirring, slag reforming, and gas removal of molten steel with good efficiency, and a ladle refining method using the same. To provide.
진공·감압 탱크(2)를 레이들(1)의 상부에 직접 연결(coupling)하여, 레이들 내에 불활성 가스에 의한 교반 가스(6)를 불어넣어 용융된 강의 정련을 행하는 장치에 있어서, 진공·감압 탱크(2) 축의 내경을 레이들 상단부의 내경 이하로 하고 또한, 레이들 내에 불어넣는 교반 가스(6)에 의해 발생하는 용융된 강의 탕(湯)면의 돌출부(7)의 투영 단면 직경(D) 이상으로 한다.In the apparatus which directly couples the vacuum / decompression tank 2 to the upper part of the ladle 1, and blows the stirring gas 6 by inert gas into the ladle, and refine | purifies molten steel, Projected cross-sectional diameter of the projecting portion 7 of the molten steel surface of the molten steel generated by the stirring gas 6 blown into the ladle by the inner diameter of the axis of the pressure reduction tank 2 being equal to or smaller than the inner diameter of the upper end of the ladle ( D)
Description
요즈음, 강재에 대한 품질 요구는 그 이용 기술의 고도화, 다양화와 함께 엄격해져서, 고순도 강 제조의 필요가 더욱 높아지고 있다. 이와 같은 고순도 강 제조의 요구에 대해 제강 공정에서는 용선(鎔銑)의 예비처리 설비 또는 2차 정련 설비의 확충을 도모하고 있다. 특히 2차 정련 설비로서는 용융된 강의 가스 제거(degas), 개재물 제거(inclusion removal)를 목적으로 하여, RH, DH 등의 진공 정련 설비, LF로 대표되는 아크 가열 슬래그 정련 설비 등이 일반적이고, 베어링 강 등의 고순도(high purity)의 강을 제조하는 경우에는 필요에 따라 LF와 RH 등을 병용하여 처리하는 프로세스도 일반적으로 행해지고 있다.Nowadays, the demand for quality of steel is strict with the advancement and diversification of the technology used, and the need for manufacturing high purity steel is increasing. In response to such demands for high purity steel production, the steelmaking process aims to expand pretreatment facilities for molten iron or secondary refining facilities. In particular, secondary refining equipment is generally used for degas of molten steel, inclusion removal, vacuum refining equipment such as RH and DH, arc heating slag refining equipment such as LF, and the like. When manufacturing high purity steels, such as steel, the process which uses LF, RH, etc. in combination as needed is also generally performed.
그러나, RH 진공 정련 설비와 같은 레이들 내의 용융된 강에 침지 관(immersion tube)을 삽입하여, 해당 침지 관으로부터 진공 챔버 내에 용융된 강을 흡인하여 진공 정련 처리를 행하는 설비에서는, 레이들 내의 용융된 강의 교반력이 작고, 침지 관의 외측의 용융된 강의 표면에 존재하는 슬래그의 교반이 불충분하므로 충분한 슬래그 성질 개선을 행할 수 없어, 산화도가 높은 슬래그에 의해 용융된 강이 재산화되는 것, 더욱이 진공 챔버 내에 부착된 스컬(skull) 중의 산화철이 진공 챔버 내의 용융된 강과 반응하여 용융된 강이 재산화되는 것 등의 이유로부터 개재물 제거 정련 능력에 한계가 있다. 또한, 슬래그에 의한 재산화에 의한 용융된 강의 청정도의 악화를 피하기 위해, LF 설비 등을 병용하여 슬래그의 산화도를 저감하는 방법이 일반적으로 행해지고 있지만, 이 방법에 대해서는 처리 공정 시간의 연장 및 이에 따른 열손실·내화물 손상 등의 비용 증가가 과제이다.However, in a facility in which an immersion tube is inserted into a molten steel in a ladle such as an RH vacuum refining equipment, and a vacuum refining treatment is performed by sucking the molten steel in the vacuum chamber from the immersion tube, melting in the ladle The agitation power of the hardened steel is small, and the agitation of the slag existing on the surface of the molten steel outside the immersion tube is insufficient, so that sufficient slag property cannot be improved, and the molten steel is reoxidized by the highly oxidized slag, Furthermore, there is a limitation in the ability of refining inclusions, for example, because iron oxide in the scull attached to the vacuum chamber reacts with the molten steel in the vacuum chamber to reoxidize the molten steel. In addition, in order to avoid deterioration of the cleanliness of the molten steel due to reoxidation by slag, a method of reducing the oxidation degree of slag is generally performed by using an LF facility or the like. The problem is an increase in costs such as heat loss and refractory damage.
이와 같은 관점으로부터 종래 기술로서 레이들 내의 용융된 강의 표면을 직접 감압하여, 진공하에서 슬래그와 용융된 강의 반응을 효율적으로 행하는 방법으로서 VOD법, VAD법, SS-VOD 법 등이 개발되어 왔다. 레이들 내의 용융된 강의 표면을 직접 감압하기 위한 수단으로서, 레이들 전체가 수용될 수 있는 감압용기 내에 레이들을 수용하여 레이들 전체를 감압하는 방법과, 레이들 자체를 하부 감압조로서 이용하고 레이들의 상부에 상부 감압조를 밀착시켜 레이들 내의 용융된 강의 표면을 감압하는 방법이 있다. 이들 중 어느 방법도, 설비가 복잡하며 또한 그 구조상의 제약 때문에 용융된 강 또는 슬래그의 비산(splash)을 회피하기 위한 교반 가스를 대량으로 흐르게 할 수 없다는 문제가 있고, 생산성·설비비·유지보수의 면 때문에 널리 보급될 수 없다는 것이 현상태이다.From this point of view, the VOD method, the VAD method, the SS-VOD method and the like have been developed as a method of directly reducing the surface of the molten steel in the ladle to efficiently react the slag with the molten steel under vacuum. Means for directly depressurizing the surface of the molten steel in the ladle, a method of decompressing the entire ladle by receiving the ladle in a decompression vessel in which the entire ladle can be accommodated, and using the ladle itself as a lower decompression tank and There is a method of depressurizing the surface of the molten steel in the ladle by bringing the upper decompression tank in close contact with the upper part of the ladle. None of these methods has the problem that the equipment is complicated and the structural constraints prevent the flow of agitated gases to avoid the splashing of molten steel or slag in large quantities, resulting in increased productivity, equipment cost, and maintenance. It is a phenomenon that it cannot be widely used because of cotton.
이러한 관점으로부터 레이들 전체가 수용할 수 있는 진공·감압 용기 내에 레이들을 수용하여 레이들 전체를 감압하는 방법을 개량한 발명으로서, 진공 챔버 내에 충분히 큰 프리 보드(free board)를 갖는 내부 관(inner tube)을 설치하고, 진공처리시의 용융된 강의 비산·슬래그 포밍(slag foaming)에 대응할 수 있고, 처리시간을 단축하는 방법이 일본 특개평9-111331호 공보에 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 진공용기가 상하로 분할되고, 진공 챔버의 내경이 레이들 상단부의 외형보다 크고, 레이들 전체를 진공 챔버 내부에 배치하여 정련을 행하는 방식이고, 내부 관의 하단부를 레이들 상단부에 밀착 또는 레이들 내의 슬래그 및 용융된 강에 침지시키는 구조이기 때문에, 진공하에서의 정련시 용융된 강의 비산으로 인한 스컬에 의한 내부 관의 착탈이 불가능함 또는 레이들 내에 침지되는 경우에 스컬에 의한 용융된 강의 오염이 염려된다. 또한 처리시간이 연장되는 경우에 용융된 강의 온도를 확보하는데 문제가 있다.From this point of view, the invention is a method of improving the method of depressurizing the entire ladle by receiving the ladle in a vacuum / pressure reducing container that can be accommodated by the entire ladle, and having an inner tube having a free board large enough in the vacuum chamber. A method of providing a tube) and coping with slag foaming of molten steel during vacuum treatment and shortening the treatment time is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-111331. However, in this method, the vacuum vessel is divided up and down, the inner diameter of the vacuum chamber is larger than the outer shape of the upper ladle, and the entire ladle is refined by placing the entire ladle inside the vacuum chamber, and the lower end of the inner tube is the upper ladle Due to the structure of close contact with or immersed in the slag and molten steel in the ladle, detachment of the inner tube by the skull due to the scattering of the molten steel during the refining under vacuum is impossible or melting by the skull when immersed in the ladle We are concerned about pollution of old river. In addition, there is a problem in securing the temperature of the molten steel when the treatment time is extended.
레이들 자체를 하부 감압 챔버로서 이용하여, 레이들 상부에 상부 감압 챔버를 밀착시켜 레이들 내의 용융된 강의 표면을 감압하는 방법으로서, [재료와 프로세스 Vol.3, No.1, 1990 p250](사단법인 일본 철강협회 발행)에서는 레이들 상부에 내부 덮개(inner lid)를 설치하고 레이들 바닥으로부터 불어넣어지는 가스에 의해 용융된 강의 표면에 발생하는 스플래시(splash)가 직접 레이들과 상부 감압 챔버의 밀착부(레이들 밀봉 부분)에 비산하는 것을 방지하는 동시에, 레이들 상부에는 차폐판(shielding board)을 설치하여, 스플래시가 상기 내부 덮개의 상부를 넘어 레이들 밀봉 부분에 비산하는 것을 방지하고 있다. 그러나, 이 방법에서는 용융된 강의 비산에 의한 스컬에 의해 내부 덮개의 착탈이 불가능하게 되는 문제가 있고, 또한 차폐판에도 용융된 강이 부착하기 때문에 차폐판 자체의 내화물 비용이 문제가 된다. 더욱이 매번 진공처리할 때마다 내부 덮개와 차폐판을 착탈하기 때문에 작업성이 악화된다는 문제도 있다.Using the ladle itself as a lower pressure reducing chamber, the upper pressure reducing chamber is in close contact with the upper ladle to reduce the surface of the molten steel in the ladle [Materials and Process Vol. 3, No. 1, 1990 p250] ( Incorporated by the Japan Steel Association, a ladle and an upper decompression chamber are installed directly on the surface of the molten steel by installing an inner lid on the upper part of the ladle and blowing gas from the bottom of the ladle. And a shielding board on the upper part of the ladle to prevent the splash from flying over the upper part of the inner cover to the ladle sealing part. have. However, in this method, there is a problem that detachment and detachment of the inner cover are impossible due to the skull due to scattering of the molten steel, and the refractory cost of the shielding plate itself becomes a problem because molten steel adheres to the shielding plate. Moreover, there is a problem that workability deteriorates because the inner cover and the shielding plate are attached and detached each time vacuuming is performed.
본 발명은 용융된 강(molten steel)의 2차 정련공정에서 레이들 정련 장치 및 레이들 정련 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a ladle refining apparatus and a ladle refining method in a secondary refining process of molten steel.
도 1은 본 발명의 장치의 실시예의 단면도.1 is a cross-sectional view of an embodiment of the device of the present invention.
도 2는 본 발명의 장치의 진공 덮개 내부에 원통부를 설치한 경우의 단면도.2 is a cross-sectional view in the case where a cylindrical portion is provided inside the vacuum cover of the apparatus of the present invention.
도 3은 본 발명의 장치에 가열용 버너를 설치한 단면도.3 is a cross-sectional view of the heating burner installed in the apparatus of the present invention.
도 4는 본 발명의 장치를 사용하여 용융된 강의 정련을 행하는 경우의 레이들 내의 슬래그 두께 H와 용융된 강의 배쓰 깊이 X의 비(H/X)와 각종 정련 효율의 관계를 도시하는 도면.Fig. 4 is a graph showing the relationship between the slag thickness H in the ladle and the bath depth X of the molten steel (H / X) and the various scouring efficiencies when the molten steel is refined using the apparatus of the present invention.
도 5는 베어링 강의 제품 T.O에서 종래기술의 방법과 본 발명에 의한 방법의 비교도.5 shows a comparison of the method according to the invention with the method of the prior art in the product T.O of bearing steel.
도 6은 본 발명의 장치에서 진공·감압 챔버 내벽의 내화물 온도와 스컬 부착 두께를 도시한 도면.Fig. 6 is a diagram showing the refractory temperature and the skull adhesion thickness of the inner wall of the vacuum / decompression chamber in the apparatus of the present invention.
도 7은 본 발명의 장치를 이용하여 Al을 포함하는 용융된 강에 산소를 불어 넣은 경우의 챔버 내의 압력과 스플래시 도달 높이를 도시한 도면.FIG. 7 shows the pressure and splash reach height in the chamber when oxygen is blown into a molten steel comprising Al using the apparatus of the present invention. FIG.
본 발명은 상기 종래기술의 방법의 문제점을 용이하게 해결할 수 있는 레이들 정련장치 및 이를 이용한 레이들 정련 방법을 제공하는 것이다. 즉, 본 발명은 종래의 레이들 정련 방법에서 과제가 된 용융된 강의 비산에 의한 스컬 부착을 억제하는 것에 의해 조업장해(操業障害), 용융된 강의 오염을 근본적으로 개선하면서, 용융된 강의 교반, 슬래그의 성질 개선, 가스 제거를 효율적으로 수행하는 것에 의해, 고순도강을 효율적으로 제조할 수 있고, 더욱이 대폭적으로 내열성(thermal tolerance)을 개선할 수 있는 레이들 정련 장치 및 레이들 정련 방법이다.The present invention provides a ladle refining apparatus and a ladle refining method using the same that can easily solve the problems of the method of the prior art. That is, the present invention is to stir the molten steel while fundamentally improving the operation failure and contamination of the molten steel by suppressing the scull adhesion due to the scattering of the molten steel which is a problem in the conventional ladle refining method. It is a ladle refining apparatus and ladle refining method which can manufacture high purity steel efficiently by performing the slag property improvement and gas removal efficiently, and can significantly improve thermal tolerance.
본 발명은 아래쪽에 레이들 내의 용융된 강(4)에 침지되는 침지 관을 갖지 않는 진공·감압 챔버(2)를 레이들(1)의 상부에 직접 연결하여 챔버 내를 감압하고, 레이들 내에 불활성 가스를 불어넣어 레이들 내의 용융된 강을 교반하고, 레이들 내의 용융된 강의 정련을 행하는 장치에 있어서, 레이들 상부와 진공·감압 챔버는 밀착되는 밀봉 구조로 하고, 진공·감압 챔버는 축(shaft)부를 갖고, 해당 축부의 내경이 레이들 상단부의 내경보다 작고, 레이들 내에 불어넣어지는 교반 가스에 의해 발생하는 레이들 내의 용융된 강의 탕면(湯面)에서 상승하는 돌출부(7:bulging portion)의 투영단면의 직경 이상이고, 진공·감압 챔버(2)의 상부까지의 높이가 레이들 내의 용융된 강의 탕면으로부터 5m 이상인 것을 특징으로 하는 진공·감압 정련 장치이다.The present invention directly connects a vacuum / decompression chamber (2) having no immersion tube immersed in the molten steel (4) in the ladle to the upper part of the ladle (1) to depressurize the inside of the chamber, and In an apparatus for blowing inert gas to stir the molten steel in the ladle and to refine the molten steel in the ladle, the ladle upper portion and the vacuum / decompression chamber are in close contact with each other, and the vacuum / decompression chamber is a shaft. a bulge having a shaft, the inner diameter of the shaft being smaller than the inner diameter of the ladle upper portion, and rising from the molten steel in the ladle generated by the stirring gas blown into the ladle; A vacuum / pressure reducing and refining apparatus characterized by being at least a diameter of the projection end face of the portion, and having a height up to the upper portion of the vacuum / pressure reducing chamber 2 being 5 m or more from the hot water surface of the molten steel in the ladle.
또한, 진공·감압 챔버(2) 하단에 원통부(9; cylindrical appendage)를 설치하고, 해당 원통부는 레이들 내의 용융된 강의 돌출부의 투영단면의 직경 이상의 내경을 갖고, 또한 레이들 상단의 내경 이하의 외경을 갖고, 해당 원통부의 하단 위치가 레이들(1)의 상단보다 아래쪽이고 또한 레이들 내의 용융된 강에 침지되지 않는 것을 특징으로 하는 진공·감압 장치이다.In addition, a cylindrical appendage 9 is provided at the lower end of the vacuum / decompression chamber 2, and the cylindrical part has an inner diameter equal to or greater than the diameter of the projected section of the protrusion of the molten steel in the ladle, and is equal to or smaller than the inner diameter of the upper end of the ladle. And a lower end position of the cylindrical portion below the upper end of the ladle 1 and not immersed in the molten steel in the ladle.
또한, 본 발명은 진공·감압 챔버(2) 내에 그 하단으로부터 연료 및 산소 가스를 연소시켜 화염을 분출하는 버너(10; burner)를 설치하고, 용융된 강(4)의 가열 및 진공·감압 챔버 내의 보온을 행할 수 있는 진공·감압 장치이다. 또한, 해당 가열 버너(10)의 하단으로부터 분출되는 화염에 의해 해당 진공·감압 챔버의 내벽의 온도를 연속 사용중의 상태에서 1000℃ 이상으로 항시 유지하는 것을 특징으로 하는 상기 진공·감압 장치를 이용하는 정련 방법이다.In addition, the present invention provides a burner (10) which burns fuel and oxygen gas from the lower end of the vacuum / decompression chamber (2) to blow out flames, and heats and heats the vacuum / decompression chamber of the molten steel (4). It is a vacuum / decompression device capable of keeping warm inside. Moreover, the refinement | purification using the said vacuum and pressure reduction apparatus characterized by maintaining the temperature of the inner wall of the said vacuum and pressure reduction chamber at 1000 degreeC or more at all times in the state of continuous use by the flame sprayed from the lower end of the said heating burner 10. Way.
다음에, 본 발명은 해당 진공 정련 장치를 적용하는 경우에, 레이들 내의 용융된 강의 탕면 상의 슬래그 양을 하기의 조건을 만족하도록 정련하는 것을 특징으로 하는 레이들 정련 방법이다.Next, the present invention is a ladle refining method characterized in that when applying the vacuum refining apparatus, the amount of slag on the molten steel in the ladle is refined to satisfy the following conditions.
H: 레이들 내의 슬래그 두께H: slag thickness in ladle
X: 레이들 내의 용융된 강의 배쓰(bath)의 깊이X: depth of bath of molten steel in ladle
또한, 용융된 강 중에 Al을 첨가하고, 산소 가스를 공급하는 것으로 첨가된 Al을 연소시켜, 용융된 강의 온도 상승을 행할 때에, 진공·감압 챔버 내의 압력을 760 Torr 내지 500 Torr 로 하는 것을 특징으로 하는 레이들 정련 방법이다.Further, when Al is added to the molten steel and oxygen is supplied to combust the added Al to increase the temperature of the molten steel, the pressure in the vacuum / decompression chamber is set to 760 Torr to 500 Torr. How to refine the ladle.
하기에, 도면에 근거하여 실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 레이들 정련 장치의 구체적인 예이다. 상기 장치는 레이들(1) 및 진공·감압 챔버(2)로 구성되고, 레이들은 바닥에 교반 가스를 불어넣는 장치(3)를 구비한다. 본 발명에서는 레이들 내의 용융된 강(4)의 교반 방법에 대해서는 한정하지 않는다. 진공·감압 챔버의 축부의 내경은 레이들 상단부의 내경보다 작고 레이들 내의 용융된 강의 탕면에서 상승하는 돌출부(7)의 투영 단면의 직경(D) 이상인 구조이다. 여기서, 용융된 강의 탕면에서 상승하는 돌출부의 투영 단면의 직경은 레이들 바닥으로부터 교반 가스를 불어넣는 것을 행하는 경우에는 이하의 수학식 2로 표현할 수 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, an Example is described in detail based on drawing. 1 is a specific example of the ladle refining apparatus of the present invention. The apparatus consists of a ladle 1 and a vacuum / decompression chamber 2, and the ladle has a device 3 for blowing a stirring gas to the bottom. In the present invention, the method of stirring the molten steel 4 in the ladle is not limited. The inner diameter of the shaft portion of the vacuum / decompression chamber is a structure smaller than the inner diameter of the upper end of the ladle and is equal to or larger than the diameter D of the projected cross section of the projection 7 rising from the molten steel in the ladle. Here, the diameter of the projected cross section of the protrusion rising from the molten steel surface can be expressed by the following expression (2) when the stirring gas is blown from the ladle bottom.
D: 탕면의 돌출부의 투영 단면의 직경,D: diameter of the projected section of the projection of the water surface,
Y: 가스를 불어넣는 플러그의 직경,Y: diameter of the gas blowing plug,
X: 레이들 내의 용융된 강의 배쓰(bath)의 깊이.X: depth of bath of molten steel in ladle.
레이들 상부와 진공·감압 층은 밀착되고, 필요한 진공도가 유지될 수 있는 밀봉 구조를 실시한다. 레이들 바닥으로부터 교반 가스(6)를 불어 넣고, 진공·감압 챔버 내를 상압 또는 진공상태로 용융된 강을 교반한다. 고 진공하에서는 용융된 강의 탕면이 위쪽으로 돌출하고, 용융된 강 및 슬래그(5)의 비산이 발생하지만, 본 발명의 장치에서는 진공·감압 챔버의 축부 내경이 레이들 상단부 내경보다도 작기 때문에, 종래의 VOD에서 문제였던 레이들과 진공·감압 챔버 밀봉부로의 용융된 강 및 슬래그의 비산에 의한 악영향을 최소한으로 할 수 있다. 스플래시에 의한 용융된 강 및 슬래그의 비산은 용융된 강의 탕면의 돌출부(7)로부터 우선 위쪽으로 향해 비산하고, 다음에 아래쪽으로 방향을 바꾸어 레이들 밀봉부에 도달한다. 본 발명에서는 레이들의 상부에 레이들 상단부 내경보다도 작은 내경을 갖는 진공·감압 챔버 축부가 존재하므로, 위쪽으로 비산하는 비말(飛沫)은 해당 진공·감압 챔버 축부의 내면에 충돌하여, 그대로 레이들 내의 용융된 강의 표면에 낙하한다. 그러므로, 비말이 레이들 밀봉부까지 도달하지 않는다. 또한, 차폐판을 사용하는 경우 스플래시의 대부분은 차폐판에 충돌하여 그 중의 일부가 차폐판 표면에서 응고하여 부착되어 스컬로 되지만, 본 발명에서는 차폐판을 사용하지 않으므로, 이러한 현상이 없고, 또한, 내경이 작은 진공·감압 챔버 형상의 경우, 내면 온도를 고온으로 유지하는 것이 용이하므로, 진공·감압 챔버 축부에 충돌한 스플래시가 응고하여 스컬로 성장하는 속도도 매우 작아 산출율 손실(yield loss)도 작다. 진공·감압 챔버 축부의 직경이 작은 형상에 의해 배기용적이 작기 때문에 진공도달까지의 초기 배기시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 차폐판 설치 등의 번잡한 작업 및 코스트 악화가 없다. 여기서, 진공·감압 챔버 축부의 내경을 용융된 강의 탕면에서 상승하는 돌출부의 투영 단면의 직경 이상으로 한 이유는, 용융된 강 및 슬래그 비산이 주로 용융된 강의 탕면의 돌출부로부터 발생하기 때문이다.The ladle top and the vacuum / decompression layer adhere to each other, and implement a sealing structure in which the required degree of vacuum can be maintained. The stirring gas 6 is blown in from the ladle bottom, and the molten steel is stirred in a vacuum or reduced pressure chamber at atmospheric pressure or in a vacuum state. Under high vacuum, the hot water surface of the molten steel protrudes upward and scattering of the molten steel and the slag 5 occurs, but in the apparatus of the present invention, since the inner diameter of the shaft portion of the vacuum / decompression chamber is smaller than the inner diameter of the upper end of the ladle, The adverse effects of scattering of molten steel and slag to ladles and vacuum / pressure reducing chamber seals, which were problems in VOD, can be minimized. The splashing of molten steel and slag by the splash first scatters upwards from the projections 7 of the molten steel surface and then turns downward to reach the ladle seal. In the present invention, since the vacuum / decompression chamber shaft portion having an inner diameter smaller than the inner diameter of the upper end of the ladle exists in the upper portion of the ladle, droplets scattering upwards collide with the inner surface of the vacuum / decompression chamber shaft portion and remain in the ladle as it is. Falls on the surface of the molten steel. Therefore, the splash does not reach the ladle seal. In the case of using a shielding plate, most of the splashes collide with the shielding plate, and some of the splashes solidify and adhere to the surface of the shielding plate, so that the present invention does not use the shielding plate. In the case of a vacuum / decompression chamber shape having a small inner diameter, it is easy to maintain the internal temperature at a high temperature, and thus the rate at which the splash hits the shaft of the vacuum / decompression chamber to solidify and grow into the skull is very small. small. Since the exhaust volume is small due to the shape of the diameter of the vacuum / decompression chamber shaft portion, the initial exhaust time until the vacuum can be shortened. In addition, there is no troublesome work and cost deterioration such as shielding plate installation. The reason why the inner diameter of the vacuum / decompression chamber shaft portion is equal to or larger than the diameter of the projected section of the protruding portion rising from the molten steel surface is because molten steel and slag scattering are mainly generated from the protruding portion of the molten steel surface.
또한, 도 2에는 청구범위 1항에 기재된 본 발명의 진공·감압 챔버 하부에 하단 위치가 레이들 상단보다 아래쪽으로 또한 레이들 내의 용융된 강(4) 및 슬래그(5)에 침지되지 않는 원통부(9)를 설치한 예를 나타낸다. 이 원통부(9)는 레이들 내의 용융된 강의 돌출부(7)의 투영단면의 직경 이상의 내경을 갖고, 또한 레이들 상단의 내경 이하의 외경을 갖고 있는, 내화물을 사용하여 제조, 또는 금속 코어의 표면을 내화물로 피복하여 제조한다. 이 원통부(9)를 갖는 경우, 도 1에 도시된 방식에 대해 레이들과 진공·감압 챔버 밀봉부로의 용융된 강 및 슬래그의 비산의 악영향을 작게 할 수 있고, 레이들의 프리 보드(free board)의 용적의 저감에 의한 생산성(t/CH)의 향상이나, 용융된 강 내로 불어넣는 가스량 증대에 의해 정련 효과를 더 향상시키는 것을 도모할 수 있다. 여기서 원통부(9)를 슬래그(5) 또는 용융된 강(4)에 침지시키지 않는 이유로서는, 이 원통부 하단이 레이들 상단부 이하이면 충분한 효과를 발휘할 수 있고, 한편 침지되는 것에 의해 내화물 비용의 악화를 초래하기 때문이다. 또한 고순도강 제조의 관점으로부터도, 레이들 내의 용융된 강의 표면의 슬래그 전체를 교반하여 슬래그(5)와 용융된 강(4)의 충분한 반응에 의한 슬래그 성질 개선이 일어나는 것이 바람직하고, 침지 방식에서는 침지 관 외부의 교반력이 작아 슬래그의 성질 개선이 불충분하게 되기 때문에 비침지 방식이 유리하다.In addition, in FIG. 2, the lower end position below the upper part of the vacuum / decompression chamber of this invention of Claim 1 is lower than the upper part of a ladle, and the cylindrical part which is not immersed in the molten steel 4 and slag 5 in a ladle. The example which installed (9) is shown. This cylindrical portion 9 is manufactured using refractory, which has an inner diameter of at least the diameter of the projected section of the projected portion 7 of the molten steel in the ladle and has an outer diameter less than or equal to the inner diameter of the upper end of the ladle, or of a metal core. It is prepared by coating the surface with a refractory material. In the case of having the cylindrical portion 9, the adverse effect of the scattering of molten steel and slag on the ladle and the vacuum / decompression chamber sealing portion can be reduced in the manner shown in FIG. 1, and the free board of the ladle It is possible to further improve the refining effect by improving the productivity (t / CH) by reducing the volume of) and increasing the amount of gas blown into the molten steel. As a reason for not immersing the cylindrical portion 9 in the slag 5 or the molten steel 4, a sufficient effect can be exerted if the lower end of the cylindrical portion is equal to or less than the upper end of the ladle. This is because it causes deterioration. In addition, from the viewpoint of manufacturing high purity steel, it is preferable that the whole slag of the surface of the molten steel in the ladle is agitated to improve slag property by sufficient reaction between the slag 5 and the molten steel 4, and in the immersion method, The non-immersion method is advantageous because the agitation force outside the immersion tube is small and the improvement of the properties of the slag is insufficient.
레이들(1)과 진공·감압 챔버의 사이의 밀봉 방법으로서는 본 발명에서는 특히 한정되지 않지만, 레이들의 프리 보드 높이가 불충분한 경우나 밀봉 부분으로의 레이들 내의 용융된 강 또는 슬래그의 유출이 발생하는 경우 등의 내열성을 고려하여 바람직하게는 석면 또는 금속 Al 등, 내열성이 우수한 밀봉재를 사용한다. 고무계 밀봉재를 사용하는 경우에는 레이들 측에 석면 등을 사용한 2중 밀봉으로 하는 등의 내열 처리를 강구하는 것이 바람직하다. 또한 밀봉 위치는 레이들 상단에 한정되지 않고, 밀봉 위치를 레이들의 외측에서 레이들 상단으로부터 약간 낮은 위치로 하여, 용융된 강으로부터의 복사열을 밀봉 부재가 직접 받는 것을 회피하는 구조로 하여도 좋고, 이러한 구조도 본 발명에 포함된다.The sealing method between the ladle 1 and the vacuum / decompression chamber is not particularly limited in the present invention, but when the free board height of the ladle is insufficient or the outflow of molten steel or slag in the ladle to the sealing portion occurs. In consideration of the heat resistance, the sealing material such as asbestos or metal Al is preferably used. In the case of using a rubber-based sealing material, it is preferable to provide heat-resistant treatment such as double sealing using asbestos or the like on the ladle side. In addition, the sealing position is not limited to the upper end of the ladle, the sealing position may be a position slightly lower from the upper end of the ladle outside the ladle, and may have a structure that avoids the sealing member directly receiving radiant heat from the molten steel, Such a structure is also included in the present invention.
진공·감압 챔버(2)는 진공 처리 중의 용융된 강 및 슬래그 비산에 대해 충분한 높이를 갖는 것이 바람직하고, 본 발명에서는 진공·감압 챔버높이를 5m 이상으로 규정하고 있다. 진공·감압 챔버 높이가 5m보다 낮은 경우에는, 진공·감압 챔버 천장으로의 스컬 부착이나 진공·감압 챔버 축부의 폐쇄, 배기 덕트로의 스컬진입이 발생하여, 현저한 생산효율의 악화나 설비유지비용의 증대를 초래한다. 진공·감압 챔버 높이의 상한에 대해서는 특히 규정하지 않지만, 과도하게 높은 경우에는 배기 용적의 증대에 의한 초기 배기 시간의 증가를 일으키므로 주의가 필요하다.It is preferable that the vacuum / decompression chamber 2 has a sufficient height with respect to molten steel and slag scattering during vacuum processing, and in the present invention, the vacuum / decompression chamber height is defined to be 5 m or more. If the height of the vacuum / decompression chamber is lower than 5 m, the skull may be attached to the ceiling of the vacuum / decompression chamber, the vacuum / decompression chamber shaft may be closed, and the skull may enter the exhaust duct, resulting in a significant deterioration in production efficiency and equipment maintenance costs. Causes an increase. The upper limit of the vacuum / decompression chamber height is not particularly specified, but if excessively high, it is necessary to pay attention because the initial exhaust time is increased by increasing the exhaust volume.
도 3은 진공·감압 챔버 내에 연료 가스와 산소 가스를 분출하여, 연소시키는 가열 버너(10)를 배치한 예를 도시한다. 해당 버너(10)에 의해 진공·감압 챔버 내의 내화물을 처리중 및 비 처리중에 가열하여, 챔버 내의 내화물의 온도를 항상 고온 상태로 유지하는 것에 의해 챔버 내의 내화물로의 스컬 부착을 보다 한층 억제하고, 스컬 부착에 의한 용융된 강의 오염이나 상이한 종류의 강을 연속처리시의 제약을 회피하고, 스컬 제거로 인한 생산성의 저하를 피할 수 있다. 여기서 충분한 스컬 부착 방지 효과를 얻기 위해서는, 챔버 내벽의 내화물 온도를 항상 1000℃ 이상으로 할 필요가 있다. 또한, 가열 버너에 의해 진공·감압 챔버 내를 처리중 및 비 처리중에 항상 고온으로 가열함으로써 처리중의 용융된 강의 온도의 하강을 저감시킬 수 있다.FIG. 3 shows an example in which a heating burner 10 that ejects and combusts fuel gas and oxygen gas in a vacuum / decompression chamber is disposed. The burner 10 heats the refractory in the vacuum / decompression chamber during and during the non-treatment process, thereby further maintaining the temperature of the refractory in the chamber at a high temperature at all times to further suppress skull adhesion to the refractory in the chamber, Contamination of molten steel due to scull adhesion or restriction of continuous processing of different kinds of steels can be avoided, and a decrease in productivity due to scull removal can be avoided. In order to obtain a sufficient skull adhesion prevention effect here, it is necessary to always make refractory temperature of a chamber inner wall 1000 degreeC or more. Moreover, the fall of the temperature of the molten steel in a process can be reduced by heating a inside of a vacuum / pressure reduction chamber to a high temperature always, during a process and a non-process by a heating burner.
본 발명의 장치를 사용하여 용융된 강의 정련을 행하는 경우, 레이들 내의 용융된 강의 탕면 상의 슬래그 량을 하기의 수학식으로 조정하는 것에 의해, 양호한 효율의 정련을 행할 수 있다.In the case of refining molten steel using the apparatus of the present invention, refining of good efficiency can be performed by adjusting the amount of slag on the molten steel surface of the molten steel in the ladle by the following equation.
H: 레이들 내의 슬래그 두께H: slag thickness in ladle
X: 레이들 내의 용융된 강의 배쓰(bath)의 깊이X: depth of bath of molten steel in ladle
여기서 H/X의 범위를 한정하고 있는 이유는 이하에 설명하는 바와 같다. 슬래그 두께가 두껍고 H/X의 값이 0.025 이상인 경우에는 진공 정련 중에서도 용융된 강의 표면이 슬래그로 덮히고, 진공하에 노출되는 용융된 강의 표면적이 적기 때문에 충분한 탈수소 효율을 얻을 수 없다. 한편, 슬래그 두께가 얇고 H/X의 값이 0.010 이하인 경우에는 슬래그와 용융된 강의 접촉면적이 작게 되어 슬래그의 개재물(inclusion) 흡착력이 저하되어, 충분한 탈수소 효율을 얻을 수 없다. 따라서, 고순도강의 정련에 있어서는 슬래그 두께를 상기 범위 내로 조정하는 것이 바람직하다.The reason for limiting the range of H / X here is as explained below. If the slag thickness is thick and the H / X value is 0.025 or more, sufficient dehydrogenation efficiency cannot be obtained because the surface of the molten steel is covered with slag and the surface area of the molten steel exposed under vacuum is small even during vacuum refining. On the other hand, when the slag thickness is thin and the H / X value is 0.010 or less, the contact area between the slag and the molten steel is small, and the adsorption force of inclusions of the slag is lowered, and sufficient dehydrogenation efficiency cannot be obtained. Therefore, in the refining of high purity steel, it is preferable to adjust slag thickness in the said range.
또한, 본 발명의 장치에서는 챔버 상부에 배치한 가열 버너(7)에 의해 산소만을 공급하여 용융된 강 중의 Al을 연소시켜, 그 반응열에 의해 용융된 강의 가열을 행할 수 있다. 그런데, 종래의 RH 산소 탑 블로잉 법(RH oxygen top blowing method)에서는 용융된 강을 반응 챔버 내에 도입하기 위해 적어도 200 torr 이하의 챔버 내 압력으로 하는 것이 필요하고, 이 때문에 감압하에서 체적이 증대된 산소 가스가 용융된 강을 비산시키고, 또는 산소와 용융된 강 중의 탄소와의 반응에 의해 생성된 CO 가스가 용융된 강을 비산시키는 것에 의해 스플래시 발생이 큰 문제가 있다. 여기서, 본 발명의 장치에서는, 산소를 용융된 강에 공급하는 처리를 행하는 경우의 챔버 내 압력은 대기압 이하로 하면 가능하기 때문에, 500 torr 이상 760 torr 이하의 챔버 내 압력에서 산소 탑 블로잉에 의한 Al 가열을 행하여 스플래시 발생을 최소한으로 억제할 수 있다. 챔버 내 압력을 760 torr 이하로 한 것은, 챔버 내가 대기압 이상의 가압 상태로 되는 것에 의해, 진공 밀봉 부분으로의챔버 내 고온 가스를 불어내는 것에 의해 밀봉재의 소손(燒損)이 발생하기 때문이다.Moreover, in the apparatus of this invention, only the oxygen is supplied by the heating burner 7 arrange | positioned at the upper chamber, and Al in a molten steel can be combusted, and the molten steel can be heated by the reaction heat. However, in the conventional RH oxygen top blowing method, it is necessary to set the pressure in the chamber to be at least 200 torr or less in order to introduce the molten steel into the reaction chamber. There is a big problem of splash generation by scattering the molten steel with the gas or by scattering the molten steel with the CO gas produced by the reaction of oxygen with carbon in the molten steel. Here, in the apparatus of the present invention, since the pressure in the chamber in the case of performing the process of supplying oxygen to the molten steel can be set to atmospheric pressure or lower, Al by oxygen tower blowing at a pressure in the chamber of 500 torr or more and 760 torr or less. By heating, splash generation can be suppressed to a minimum. The internal pressure of the chamber is set to 760 torr or less because the internal combustion chamber is brought into a pressurized state at or above atmospheric pressure to cause burnout of the sealing material by blowing hot gas into the vacuum sealing portion.
또한, 본 발명의 장치에서는, 필요에 따라 Ca 등 증기압이 높은 원소를 외피(steel cover)로 피복한 와이어를 이용하여 첨가하는 와이어 첨가장치를 구비하는 것도 가능하고, 이 와이어 첨가장치를 행하는 경우에는, 진공·감압 정련 후에 이어서 대기압에서 행하는 것이 바람직하다.In addition, in the apparatus of the present invention, it is also possible to include a wire adding device for adding an element having a high vapor pressure, such as Ca, by using a wire coated with a steel cover, if necessary. After vacuum and reduced pressure refining, it is preferable to carry out at atmospheric pressure then.
실시예Example
전환로(converter)에서 탈탄 정련 후, 강이 나올 때 각 합금의 순수한 분량으로 환산하여 Mn 합금 6.8kg/t, Si 합금 2.7kg/t, 알루미늄 0.45kg/t를 첨가하고, 또한 슬래그 조성 조절을 위해 CaO 3.0kg/t를 첨가한 용융된 강에 대해, 도 3에 도시된 본 발명의 장치를 이용하여 정련을 행하여, 종래의 RH 처리와의 비교를 하였다. 표 1에 본 발명의 예의 제조 조건 및 제조 결과를 나타내고, 표 2에 비교예의 제조 조건 및 제조 결과를 나타내었다.After decarburization and refining in the converter, 6.8kg / t of Mn alloy, 2.7kg / t of Si alloy, 0.45kg / t of aluminum are added in conversion of the pure amount of each alloy when steel comes out, and also slag composition control The molten steel to which CaO 3.0 kg / t was added was refine | purified using the apparatus of this invention shown in FIG. 3, and compared with the conventional RH process. Table 1 shows the production conditions and the production results of the examples of the present invention, and Table 2 shows the production conditions and the production results of the comparative examples.
처리후의 수소의 값은 본 발명의 예, 비교예 모두 동등하게 양호한 레벨이다. 처리후 산소는 비교예가 18ppm인 것에 대해 본 발명의 예는 8ppm으로 매우 양호한 결과이었다. 처리후 슬래그 성분은 T.Fe가, 비교예는 1.40%로 높은 값인 것에 반하여, 본 발명의 예는 레이들 중의 슬래그와 용융된 강의 반응이 충분히 진행되어 T.Fe가 0.24%로 매우 낮은 값으로 실현될 수 있고, 그러므로 슬래그 산화도가 저하되어 용융된 강 중의 산소 농도를 저하시킬 수 있다. 본 발명의 장치를 이용하는 것에 의해, 종래기술의 RH법과 동등한 낮은 수소 함량 레벨을 달성하면서 또한 종래보다도 순도가 높은 고순도강을 얻을 수 있다.The hydrogen value after the treatment is equally good at both the examples of the present invention and the comparative examples. After the treatment, the oxygen was 18 ppm in the comparative example, whereas the example of the present invention was very good at 8 ppm. After the treatment, the slag component had a high value of T.Fe, and the comparative example had a high value of 1.40%, whereas the example of the present invention had a sufficiently low reaction of slag and molten steel in the ladle so that the T.Fe had a very low value of 0.24%. It can be realized, and therefore the slag oxidation degree can be lowered to lower the oxygen concentration in the molten steel. By using the apparatus of the present invention, it is possible to obtain a high purity steel with a higher purity than before while achieving a low hydrogen content level equivalent to that of the RH method of the prior art.
도 4는 본 발명의 장치를 이용하여 진공 정련을 행한 경우의 레이들 내의 슬래그 두께 H와 용융된 강 배쓰 깊이 X의 비(H/X)와 탈수소 효율 및 탈산소 효율의 관계를 나타내는 도면이다. H/X > 0.025의 영역에서는 용융된 강의 표면이 진공 처리중에서도 슬래그로 덮힌 상태로 되고, 진공에 노출된 용융된 강의 표면적이 적기 때문에 충분한 탈수소 효율을 얻지 못한다. 또한, H/X < 0.010%의 영역에서는 슬래그 양이 적어 슬래그와 용융된 강의 충분한 반응 표면적을 얻지 못하기 때문에, 충분한 탈산소 효율을 얻을 수 없다.Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the slag thickness H in the ladle and the molten steel bath depth X (H / X), the dehydrogenation efficiency and the deoxygenation efficiency when vacuum refining is performed using the apparatus of the present invention. In the region of H / X> 0.025, the surface of the molten steel is covered with slag even during the vacuum treatment, and sufficient dehydrogenation efficiency is not obtained because the surface area of the molten steel exposed to the vacuum is small. In addition, in the region of H / X <0.010%, since the amount of slag is small and sufficient reaction surface area of slag and molten steel cannot be obtained, sufficient deoxygenation efficiency cannot be obtained.
도 5는 베어링 강에 대해서, 종래의 고순도강을 얻기 위해 사용되고 있는 LF-RH법과 본 발명의 장치를 사용하여 정련을 행한 경우의 제품 전체 산소를 비교한 것이다. 본 발명의 장치를 사용하는 것에 의해, 베어링 강과 같은 고급 강의 제조에서도 종래에 비해 동등한 것 이상의 고순도를 얻을 수 있고, 또한 LF 공정을 생략하여 제조 비용을 저감시킬 수 있다.FIG. 5 compares the bearing steel with the total oxygen of the product when the LF-RH method used to obtain conventional high-purity steel is refined using the apparatus of the present invention. By using the apparatus of the present invention, even in the production of high-grade steel such as bearing steel, it is possible to obtain a higher purity than the conventional equivalent, and also to reduce the manufacturing cost by omitting the LF process.
도 6은 도 3의 장치에 대해, 챔버 내의 가열 버너의 효과를 나타낸 도면이다. 챔버 내의 가열 버너를 이용하여 진공·감압 챔버 내벽의 내화물 온도를 1000℃ 이상으로 유지하는 것에 의해, 현저하게 스컬 부착량을 저감시킬 수 있다.6 shows the effect of a heating burner in a chamber for the apparatus of FIG. 3. By keeping the refractory temperature of the inner wall of a vacuum / pressure reduction chamber at 1000 degreeC or more using the heating burner in a chamber, a skull adhesion amount can be reduced remarkably.
도 7은 도 3의 장치를 이용하여 용융된 강에 가열 버너를 통해 산소만을 공급하여, 용융된 강 중의 Al을 연소시켜 용융된 강을 가열하는 처리를 수행하는 경우에, 챔버 내의 압력과 스플래시 도달 높이의 관계를 나타낸 도면이다. 챔버 내의 압력을 500 torr 이상으로 하는 것에 의해, 종래의 RH와 비교하여 스플래시 도달 높이를 저감시킬 수 있고, 챔버 내의 스컬 부착량을 저감시킬 수 있다.FIG. 7 illustrates the pressure and splash in the chamber when the molten steel is supplied with only oxygen through a heating burner using the apparatus of FIG. 3 to burn Al in the molten steel to heat the molten steel. It is a figure which shows the relationship of height. By setting the pressure in the chamber to 500 torr or more, the splash arrival height can be reduced as compared with the conventional RH, and the amount of skull deposition in the chamber can be reduced.
본 발명의 장치 및 이를 이용하는 정련 방법에 의해, 종래의 레이들 정련 방법에서 문제로 된 레이들 밀봉 부분으로의 용융된 강의 비산에 의한 악영향을 회피할 수 있는 동시에, 챔버 내의 스컬 부착량을 저감시키고, 처리 중의 용융된 강의 온도 하강을 저감시킬 수 있다. 또한, 고순도가 요구되는 강의 제조에 있어서, 슬래그의 산화도를 저하시켜 슬래그의 성질을 개선하는 공정과 가스 제거 공정을 동일한 정련장치에서 행하여 제조공정의 효율이 높아질 수 있다.By the apparatus of the present invention and the refining method using the same, the adverse effect due to the scattering of molten steel to the ladle sealing portion, which is a problem in the conventional ladle refining method, can be avoided, and the amount of skull adhesion in the chamber is reduced, The temperature drop of the molten steel during the treatment can be reduced. In addition, in the production of steel, which requires high purity, the efficiency of the manufacturing process can be increased by reducing the oxidation degree of the slag to improve the properties of the slag and the gas removal process in the same refining apparatus.
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